Strona głównaPytania → Czy można wytworzyć izotop danego...

Czy można wytworzyć izotop danego pierwiastka całkowicie pozbawiony neuronów?

Pytanie

Pyta Bartosz

Otóż od jakiegoś czasu męczy mnie jedno zagadnienie: skoro liczba protonów decyduje o liczbie elektronów, a te z kolei o właściwościach danego pierwiastka, a neutrony poniekąd od gęstości, to czy jest możliwe wytworzenie izotopu danego pierwiastka (powiedzmy rtęci) całkowicie pozbawionego neuronów? I jaki, czysto teoretycznie, miałoby to wpływ na ów atom?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

W jądrze atomowym mamy protony, które są cząstkami naładowanymi, oraz obojętne neutrony. Łącznie noszą one nazwę nukleonów. Protony odpychają się od siebie, ale mimo tego jądro utrzymuje się w całości, ponieważ nukleony przyciągają się siłami jądrowymi. Gdybyśmy próbowali zbudować jądro składające się z samych protonów, siła odpychania kulombowskiego byłaby zbyt duża i taki twór natychmiast rozpadłby się na pojedyncze protony.

Dodatkowo, w świecie mikroskopowym, obserwujemy zjawisko skwantowania cech obiektów, np. momentu pędu, który może przyjmować tylko pewne ustalone wielkości. Nukleony są cząstkami zwanymi fermionami, które nie lubią przebywać razem – w tym samym miejscu może być tylko jeden fermion o danym zestawie skwantowanych cech. Wracając do przykładu momentu pędu, który w mechanice klasycznej odpowiada kręceniu się obiektu wokół innego, jeżeli do jądra wkładamy kolejne protony, to musimy zadbać o to, aby miały różne jego wartości. A to oznacza, że kolejne protony czy neutrony muszą coraz szybciej się kręcić wokół środka jądra. To oczywiście powoduje, że coraz trudniej je tam utrzymać i kolejny powód, dla którego nie da się zrobić jądra z samych protonów czy samych neutronów.

Najlepiej jest zatem mieć mniej więcej tyle samo protonów i neutronów – większość jąder lekkich pierwiastków występujących na Ziemi tak jest zbudowana, np. węgiel to 6 protonów i 6 neutronów, tlen to 8 protonów i 8 neutronów, itd. Dopiero dla cięższych jąder opłaca się mieć trochę więcej neutronów, które się przyciągają, ale nie będą się odpychały, np. złoto zawiera 79 protonów i 118 neutronów. Oczywiście można się starać stworzyć jądra zawierające nieoptymalną liczbę protonów i neutronów. Przewidywania teoretyczne mówią, że jest około 8000 takich kombinacji. Większość będzie ulegała radioaktywnym przemianom, które będą dążyć do utworzenia jąder o stabilnej liczbie nukleonów każdego typu. Mapę nuklidów, zawierającą wszystkie poznane do tej pory kombinacje liczby protonów i neutronów można obejrzeć np. tutaj.